圖2-2所示為Fe-30%Ni(原子數(shù)分?jǐn)?shù))合金和Au-47.5%Cd(原子數(shù)分?jǐn)?shù))合金的電阻率隨馬氏體相變和逆相變的變化[3]。Fe-30%Ni合金的相變溫度滯后(As-Ms)非常大, 約為400℃, 而Au-47.5%Cd合金卻非常小, 約為15℃。這表明相變驅(qū)動(dòng)力, 即相變所需要的非化學(xué)自由能, Fe-47.5%Ni合金大, Au-47.5%Cd合金小。一般認(rèn)為這是由于在Au-47.5%Cd合金中分別以式(2-1)和式(2-3)表示的界面能和塑性變形所需能量小得可以忽略不計(jì)。所以, 在這種情況下相變過(guò)程中的總能量變化, 由式(2-4)可表示如下:
ΔG=πr2tΔgc+πrt2A (2-5)
圖2-2 非熱彈性(Fe-30%Ni)和熱彈性(Au-47.5%Cd)馬氏體相變中相變溫度的滯后對(duì)比[3]
即只用熱力學(xué)和彈性兩項(xiàng)就可表示出來(lái)。因此, 在低于Ms點(diǎn)的溫度下, 隨著冷卻的進(jìn)行, 馬氏體晶粒長(zhǎng)大, 但是當(dāng)長(zhǎng)大到一定程度后, 熱力學(xué)的化學(xué)自由能減少量與彈性的非化學(xué)自由能增加量之和達(dá)到某一極小值時(shí)便停止長(zhǎng)大。這種熱效應(yīng)和彈性效應(yīng)之間的平衡狀態(tài)也就是熱彈性這一名稱的由來(lái)。如果在達(dá)到熱平衡狀態(tài)下通過(guò)冷卻、 加熱或者施加外力來(lái)破壞熱平衡狀態(tài), 則停止長(zhǎng)大的馬氏體晶粒又重新長(zhǎng)大或縮小。這種馬氏體相變稱為熱彈性馬氏體相變。
表2-1中列出了產(chǎn)生熱彈性馬氏體相變, 表現(xiàn)出完全形狀記憶效應(yīng)的合金成分、 Ms點(diǎn)、 相變溫度滯后、 晶體結(jié)構(gòu)變化、 結(jié)構(gòu)的有序和無(wú)序性以及體積變化。除兩三種外幾乎所有合金都滿足上述要求。這兩三種合金比較特殊, 雖然具有無(wú)序結(jié)構(gòu), 但相變時(shí)的點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)關(guān)系卻與有序結(jié)構(gòu)的一樣。
表2-1 具有完全形狀記憶效應(yīng)合金的成分范圍、Ms、相交溫度滯后、晶體結(jié)構(gòu)變化、結(jié)構(gòu)的有序和無(wú)序性以及體積變化
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